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    继5G之后的强大6G

    2021-07-05 14:22:51 | 来源:中培企业IT培训网

    现在大家议论的都是5G覆盖范围的问题,但是其实6G也已经出现了。实现万物互联这个“终极目标”是6G的最终意义。由于信息时代与网络时代的速度发展很快,因此6GD的出现也都很有必要。第六代通信技术还在继续发展当中,这里面需要用到的技术也都很高级。6G还属于探索阶段。

    6G即第六代移动通信标准,一个概念性无线网络移动通信技术,也被称为第六代移动通信技术。主要促进的就是互联网的发展。

    6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信,实现全球无缝覆盖,网络信号能够抵达任何一个偏远的乡村,让深处山区的病人能接受远程医疗,让孩子们能接受远程教育。此外,在全球卫星定位系统、电信卫星系统、地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持下,地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、快速应对自然灾害等。这就是6G未来。6G通信技术不再是简单的网络容量和传输速率的突破,它更是为了缩小数字鸿沟,实现万物互联这个“终极目标”,这便是6G的意义。

    6G的数据传输速率可能达到5G的50倍,时延缩短到5G的十分之一,在峰值速率、时延、流量密度、连接数密度、移动性、频谱效率、定位能力等方面远优于5G。 

    工信部部长苗圩谈6G

    2018年3月9日,工信部部长苗圩表示中国已经着手研究6G。 [5-7]

    2019年11月3日,科技部会同发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开6G技术研发工作启动会?;嵋樾汲闪⒘斯?G技术研发推进工作组、国家6G技术研发总体专家组。 [3]

    2019年11月20日,2019世界5G大会获悉,中国联通和中国电信已分别展开6G相关技术研究。 [8]

    2019年11月,2019年全球首份6G白皮书《6G无线智能无处不在的关键驱动与研究挑战》发布。白皮书中指出,6G的大多数性能指标相比5G将提升10到100倍。在6G时代,1秒下载10部同类型高清视频成为可能 [9]  。

    2019年以来,广东省新一代通信与网络创新研究院(粤通院)联合清华大学、北京邮电大学、北京交通大学、中兴通讯股份有限公司、中国科学院空天信息创新研究院共同开展了 6G 信道仿真、太赫兹通信、轨道角动量等 6G 热点技术研究。 [10]

    2020年11月,北邮6G项目获得2020年国家重点研发计划“宽带通信与新型网络”重点专项资助。 [11]

    2021年4月12日,华为轮值董事长徐直军在华为全球分析师大会上表示,6G将在2030年左右推向市场,华为也将发布6G白皮书,告诉各行各业6G是什么 [17]  。

    国外

    2018年,芬兰开始研究6G相关技术。

    2019年3月15日,美国联邦通讯委员会(FCC)一致投票通过开放“太赫兹波”频谱的决定,以期其有朝一日被用于6G服务[1]  。3月24日至26日,芬兰拉普兰举行关于6G的的国际会议。

    欧盟、俄罗斯等也正在紧锣密鼓地开展相关工作。

    三星电子公司和LG电子公司都在2019年设立6G研究中心,2020年7月14日三星电子发布了《下一代超连接体验》白皮书。

    2020年4月8日,日本总务省发布了2025年在国内确立6G主要技术的战略目标,希望在2030年实现6G实用化。 [4]  同年,斯科尔科沃科学技术研究院的科学家们开发了一种技术,并研制出了用于开发俄罗斯第六代通信系统(6G)组件的设备。斯科尔科沃科学技术研究院研制的设备为开发6G系统组件开辟了新的前景,特别是太赫兹到光波段的信号转换器。 第六代领域的研究是在“国家技术倡议”无线通讯技术与物联网能力中心活动框架内进行的。该院在研发过程中依靠的是先进的科学和实验室设施以及与俄罗斯领先公司的生产联系。新设备可允许模拟波长为1.5微米的光辐射,频率为10GHz的电信号。 [12]

    2020年12月16日消息,日本正在瞄准6G目标,采取多项措施推进6G研发。日本追加预算中,更是拨款用于促进6G研发,试图加大力度推进6G研发,在下一个赛道抢占市场先机。 [13]

    相关技术

    太赫兹频段

    6G将使用太赫兹(THz)频段,且6G网络的“致密化”程度也将达到前所未有的水平,届时,我们的周围将充满小基站。太赫兹频段是指100GHz-10THz,是一个频率比5G高出许多的频段。从通信1G(0.9GHz)到4G(1.8GHZ以上),我们使用的无线电磁波的频率在不断升高。因为频率越高,允许分配的带宽范围越大,单位时间内所能传递的数据量就越大,也就是我们通常说的“网速变快了”。不过,频段向高处发展的另一个主要原因在于,低频段的资源有限。就像一条公路,即便再宽阔,所容纳车量也是有限的。当路不够用时,车辆就会阻塞无法畅行,此时就需要考虑开发另一条路。频谱资源也是如此,随着用户数和智能设备数量的增加,有限的频谱带宽就需要服务更多的终端,这会导致每个终端的服务质量严重下降。而解决这一问题的可行的方法便是开发新的通信频段,拓展通信带宽。我国三大运营商的4G主力频段位于1.8GHz-2.7GHz之间的一部分频段,而国际电信标准组织定义的5G的主流频段是3GHz-6GHz,属于毫米波频段。到了6G,将迈入频率更高的太赫兹频段,这个时候也将进入亚毫米波的频段。中国科学院国家天文台研究员苟利军告诉《互联网周刊》说:“太赫兹在天文中被称为亚毫米,这类天文台的站点一般很高而且很干燥 ,比如南极,还有智利的acatama沙漠。”那么,为什么说到了6G时代网络“致密化”,我们的周围会充满小基站?这就涉及到了基站的覆盖范围问题,也就是基站信号的传输距离问题。一般而言,影响基站覆盖范围的因素比较多,比如信号的频率、基站的发射功率、基站的高度、移动端的高度等。就信号的频率而言,频率越高则波长越短,所以信号的绕射能力(也称衍射,在电磁波传播过程中遇到障碍物,这个障碍物的尺寸与电磁波的波长接近时,电磁波可以从该物体的边缘绕射过去。绕射可以帮助进行阴绕射可以帮助进行阴影区域的覆盖)就越差,损耗也就越大。并且这种损耗会随着传输距离的增加而增加,基站所能覆盖到的范围会随之降低。6G信号的频率已经在太赫兹级别,而这个频率已经接近分子转动能级的光谱了,很容易被空气中的被水分子吸收掉,所以在空间中传播的距离不像5G信号那么远,因此6G需要更多的基站“接力”。5G使用的频段要高于4G,在不考虑其他因素的情况下,5G基站的覆盖范围自然要比4G的小。到了频段更高的6G,基站的覆盖范围会更小。因此,5G的基站密度要比4G高很多,而在6G时代,基站密集度将无以复加。

    相关进展:2020年9月1日新闻报道称,太赫兹光子学组件研究获重大突破,有助造出廉价紧凑型量子级联激光器,实现6G电信连接。 [14]

    空间复用技术

    6G将使用“空间复用技术”,6G基站将可同时接入数百个甚至数千个无线连接,其容量将可达到5G基站的1000倍。前面说到6G将要使用的是太赫兹频段,虽然这种高频段频率资源丰富,系统容量大。但是使用高频率载波的移动通信系统要面临改善覆盖和减少干扰的严峻挑战。

    当信号的频率超过10GHz时,其主要的传播方式就不再是衍射。对于非视距传播链路来说,反射和散射才是主要的信号传播方式。同时,频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近,绕射能力越弱。这些因素都会大大增加信号覆盖的难度。不止是6G,处于毫米波段的5G也是如此。而5G则是通过Massive MIMO和波束赋形这两个关键技术来解决此类问题的。我们的手机信号连接的是运营商基站,更准确一点,是基站上的天线。Massive MIMO技术说起来挺简单,它其实就是通过增加发射天线和接收天线的数量,即设计一个多天线阵列,来补偿高频路径上的损耗。在MIMO多副天线的配置下可以提高传输数据数量,而这用到的便是空间复用技术。在发射端,高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流,不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。由于发射端与接收端的天线阵列之间的空域子信道足够不同,接收机能够区分出这些并行的子数据流,而不需付出额外的频率或者时间资源。这种技术的好处就是,它能够在不占用额外带宽、消耗额外发射功率的情况下增加信道容量,提高频谱利用率。不过,MIMO的多天线阵列会使大部分发射能量聚集在一个非常窄的区域。也就是说,天线数量越多,波束宽度越窄。这一点的好处在于,不同的波束之间、不同的用户之间的干扰会比较少,因为不同的波束都有各自的聚焦区域,这些区域都非常小,彼此之间不怎么有交集。但是它也带来了另外一个问题:基站发出的窄波束不是360度全方向的,该如何保证波束能覆盖到基站周围任意一个方向上的用户?这时候,便是波束赋形技术大显神通的时候了。简单来说,波束赋形技术就是通过复杂的算法对波束进行管理和控制,使之变得像“聚光灯”一样。这些“聚光灯”可以找到手机都聚集在哪里,然后更为聚焦地对其进行信号覆盖。5G采用的是MIMO技术提高频谱利用率。而6G所处的频段更高,MIMO未来的进一步发展很有可能为6G提供关键的技术支持 [15]  。

    技术关键指标

    几个衡量6G技术的关键指标 :

    1、峰值传输速度达到 100Gbps – 1Tbps,而5G仅为10Gpbs;

    2、室内定位精度达到10厘米,室外为1米,相比5G提高10倍;

    3、通信时延0.1毫秒,是5G的十分一;

    4、中断机率小于百万分之一,拥有超高可靠性;

    5、连接设备密度达到每立方米过百个,拥有超高密度;

    6、采用太赫兹(THz)频段通信,网络容量大幅提升。 [9]

    1、尚未成熟的太赫兹通信技术,这对集成电子、新材料等技术挑战。 [9]

    2、数据从采集到消耗中的技术难题。 [9]

    5G和6G的开发是并行的,但6G规?;褂没购茉?。对此,余承东回应称:“6G在研发中,估计还需要10年时间,目前也在做技术研究、标准研究,还没到商用阶段。 [16]

    “6G网络的速度将比5G快100倍,几乎能达每秒1TB,这意味着下载一部电影可在1秒内完成,无人驾驶、无人机的操控都将非常自如,用户甚至感觉不到任何时延。”南京航空航天大学电子信息工程学院常务副院长吴启晖说。 [16]

    “现在学界对6G的界定有不同的观点,5G主要是为工业4.0做前期基础建设,而6G的具体应用方向目前还处在探索阶段。”中国电子学会通信分会主任委员、南京邮电大学物联网学院院长朱洪波说,有专家认为,将来6G将会被用于空间通信、智能交互、触觉互联网、情感和触觉交流、多感官混合现实、机器间协同、全自动交通等场景。 [16]

    不同的时代会带来不同的技术,从很久之前的2G到3G,再从3G到4G,再到现在的5G,在不久的将来,还会有6G的出现。想要了解更多关于6G的的信息,请继续关注中培教育。

    标签: 6G 强大的6G

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